[发明专利]混合动力单泵多执行元件工程机械的能量回收系统

说明书

技术领域

本发明涉及电液控制技术为特征的液压控制系统，尤其是涉及一种混合动力单泵多执行元件工程机械的能量回收系统。

背景技术

随着世界范围内能源短缺和环境污染问题的日趋严重，研究工程机械的节能问题具有重要的现实意义。由于多执行机构工程机械中的动力油缸要反复举升和下放重物，而工程机械各机械臂惯性较大，在机械臂下降或制动时，会释放出大量的势能或动能，在传统工程机械中，这部分能量难以进行回收、存储和再利用，不仅造成了能源的浪费，还会引起发热、噪声、振动和降低寿命等危害。若能将这部分能量回收并加以再利用，可提高工程机械的能量利用率，从而降低其能耗。

在工程机械中引入混合动力系统，由于动力系统中具备电池或电容等储能装置，能量的回收和存储都易于实现。目前，基于混合动力工程机械的能量回收方案为：液压缸的回油腔与一回收液压马达相连，该液压马达与电动/发电机M1同轴相联。液压执行元件回油腔的液压油驱动液压马达回转，将液压能转化为机械能输出，并带动电动/发电机M1发电，三相交流电能经整流/逆变器整流为直流电能并储存在储能元件电容当中。当系统需要时，直流电能通过整流器逆变成目标频率的三相交流电能驱动电动/发电机M2，与发动机共同驱动负载(液压泵)工作。系统中的电容既为液压马达回收能量的储能元件，同时也是混合动力驱动系统中电动机M的直流电源。此能量回收系统有两个电动/发电机，结构复杂，体积庞大，同时所有负载下降释放的势能回收再利用都经过从势能-液压能-机械能-电能-电池-驱动变量泵的机械能的多次能量转化，系统中能量流动非常复杂，影响了系统的能量回收效率。

发明内容

为了降低液压控制阀的节流损失，充分利用重物下落时的重力势能、惯性能，提高系统的能量回收效率，本发明的目的在于提供一种混合动力单泵多执行元件工程机械的能量回收系统，不仅利用混合动力工程机械的电量储存装置，通过液压马达-电动/发电机把上述能量转化成电能进行回收利用，而且可以利用液压马达、行星齿轮机构直接对上述能量回收驱动变量泵，并通过行星齿轮机构有效的将混合动力系统的电动/发电机和能量回收系统中电动/发电机耦合在一起，使得混合动力系统和能量回收系统共用一个电动发电机，使系统结构紧凑。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括：行星齿轮机构、变量泵、发动机、比例方向阀、变量马达、两个单向阀、比例溢流阀、安全阀、油缸、控制手柄、压力传感器、信号控制单元、电磁换向阀、整流/逆变器、变频电机和超级电容。

其相互连接关系如下：

发动机、变量泵同轴相联后和行星齿轮机构的行星架相连；变量马达和行星齿轮机构的太阳轮相连；变频电机和行星齿轮机构的齿圈相连；变量泵的出油口分两路，第一路接压力传感器的输入端，第二路接第一单向阀的进油口；第一单向阀的出油口分为四路，第一路接比例溢流阀的进油口，第二路接比例方向阀的P口、P1口，第三路接其他执行机构的驱动油路口，第四路接安全阀的进油口；比例方向阀的T口与电磁换向阀的P口相连；A口与油缸的无杆腔相连，B口与油缸的有杆腔相连，C口接油箱；电磁换向阀的B口接油箱，A口分两路，第一路和变量马达的进油口相连，第二路接第二单向阀的出油口，单向阀的进油口接油箱；信号控制单元从控制手柄获得控制信号，从压力传感器获得负载信号，向发动机、变量泵、比例方向阀、电磁换向阀、整流/逆变器和变量马达发出控制指令控制发动机的油门位置、变量泵的排量、比例方向阀的阀心位移、电磁换向阀的工位、变频电机的转速和变量马达的排量，从而控制油缸的动作。

本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：

1、系统利用行星齿轮机构，变量马达回收的液压执行元件的重力势能、惯性能和制动能可以直接通过行星齿轮机构驱动变量泵，避免了能量回收过程由于能量的多次转换而造成的能量损失，提高了能量回收系统的回收效率。

2、系统采用行星齿轮机构将变量马达、发动机、电动机有效的耦合，混合动力系统和能量回收系统共用一个电动/发电机，减少了一个电动/发电机，降低了装机空间。

3、采用该回收系统后，在动力油缸下降时，采用了能量回收系统对油缸回缩或制动释放的动能或势能进行回收。同时，由于此时比例方向阀全开，系统下降的速度，通过液压马达的入口流量来控制的，不再通过比例方向阀的阀心位移来控制，避免了液压驱动回路中的因比例方向阀进回油口联动产生的进油节流损失。

附图说明

附图为本发明的结构原理示意图。